JP3846330B2 - 収集データの同期化方法及びデータ処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のデータ収集装置で収集した収集データを同期化させるための、収集データの同期化方法及びこれを用いたデータ処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば複数の制御機器等から複数のデータを収集し、これら複数の収集データに対して比較解析を行うようなシステムにおいては、一台のデータ収集装置においてデータ収集を行うようにしている。
これは、複数のデータ収集装置でデータを収集するようにした場合、各データ収集装置間での同期をとるのが難しく、また、各データ収集装置と、このデータ収集装置からの収集データに基づいて処理を行うデータ解析装置との間の伝送時間にバラツキがあるためである。つまり、収集データ間には、収集タイミングが異なることによるずれと、データ解析装置に入力されるまでの伝送のばらつきによるずれとが加わることになり、データ解析装置で、各データ収集装置からの収集データを同一時間軸上のデータとして取り扱った場合には、これら収集データに誤差が含まれることと、同等となるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、一台のデータ収集装置によってデータ収集を行う場合、高速のサンプリング周期でデータ収集を行うには、収集するデータ点数に制約がある。そのため、高速に且つ大量のデータを収集する場合でも、これらデータを高精度に同一時間上で表すことの可能な収集データの同期化方法が望まれていた。
【０００４】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、高速に且つ大量のデータを収集する場合でもこれらデータを高精度に同一時間上で表すことの可能な、収集データの同期化方法及びこれを用いたデータ処理システムを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る収集データの同期化方法は、データ収集を行う複数のデータ収集装置と、当該複数のデータ収集装置からの収集データを入力された順に時系列に管理するデータ処理装置と、前記複数のデータ収集装置に同一の同期信号を供給する同期信号発生手段と、を備えたデータ処理システムにおける収集データの同期化方法であって、前記データ収集装置は、データ収集時に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し当該同期信号を収集データに付加して前記データ処理装置に送信し、前記データ処理装置は、前記収集データを受信したときの受信時刻及び前記収集データに付加された同期信号に基づいて受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数を前記データ収集装置毎に検出し、検出した相関関数に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、当該ずれ量に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相ずれがなくなるように前記受信時刻を補正することを特徴としている。
【０００６】
この請求項１に係る発明では、各データ収集装置では、データ収集時に所定のデータと共に同期信号発生手段から供給される同期信号も収集し、この同期信号を収集データに付加してデータ処理装置に送信する。
一方、データ処理装置では、収集データを受信したときの受信時刻と収集データに付加されている同期信号とに基づいて、受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数を前記データ収集装置毎に検出し、この検出した相関関数に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出する。そして、このずれ量に基づいて、データ収集装置間の位相ずれがなくなるように、何れかのデータ収集装置を基準として、他のデータ収集装置からの収集データの受信時刻を補正する。
【０００７】
前記同期信号は同期信号発生手段から各データ収集装置に供給されているから、本来位相のずれが生じることはない。したがって、この位相のずれがなくなるように受信時刻を補正することによって、データ収集装置間でのデータの収集タイミングが同期化されることになる。
また、本発明の請求項２に係るデータ処理システムは、データ収集を行う複数のデータ収集装置と、当該複数のデータ収集装置からの収集データを入力された順に時系列に管理するデータ処理装置と、前記複数のデータ収集装置に同一の同期信号を供給する同期信号発生手段と、を備えたデータ処理システムであって、前記データ収集装置は、データ収集時に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し当該同期信号を収集データに付加して前記データ処理装置に送信し、前記データ処理装置は、前記収集データを受信したときの受信時刻及び前記収集データに付加された同期信号に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、当該ずれ量に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相ずれがなくなるように前記受信時刻を補正する補正手段、を備え、当該補正手段は、同一のデータ収集装置からの複数の収集データの受信時刻及びこれに付加された同期信号に基づいて、受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数をデータ収集装置毎に検出し、検出した相関関数に基づいて、前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出することを特徴としている。
【０００８】
この請求項２に係る発明では、各データ収集装置では、データ収集時に所定のデータを収集すると共に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し、この同期信号を収集データに付加してデータ処理装置に送信する。
一方、データ処理装置では、収集データを受信したときの受信時刻と収集データに付加されている同期信号とに基づいて、データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、この位相ずれがなくなるように、何れかのデータ収集装置を基準として、他のデータ収集装置からの収集データの受信時刻を補正する。
【０００９】
前記同期信号は同期信号発生手段から各データ収集装置に供給されているから、本来位相のずれが生じることはない。したがって、この位相のずれがなくなるように受信時刻を補正することによって、データ収集装置間でのデータの収集タイミングが同期化されることになる。
【００１０】
このとき、位相のずれ量を検出する補正手段では、同一のデータ収集装置からの複数の収集データを受信した受信時刻と、これら収集データに付加された同期信号とに基づいて、受信時刻と同期信号との関係を表す相関関数がデータ収集装置毎に検出される。本来この相関関数は一致するはずであるから、この相関関数のずれ量を検出することはすなわち、同期信号の位相のずれ量を検出することになる。
【００１１】
また、請求項３に係るデータ処理システムは、前記データ収集装置は、データ収集時に、データの収集タイミングを計時するためのサンプリングカウンタのカウント値も収集し且つ、複数回分の収集データをまとめてデータ処理装置に送信し、前記データ処理装置は、前記複数回分の収集データを受信したとき、収集タイミングの最も古い収集データに、前記複数回分の収集データを受信したときの受信時刻を付与し、その他の収集データには、収集タイミングの古い順に、一の収集データに付加された前記カウント値と前記一の収集データの１つ前の収集タイミングで収集した収集データである前段の収集データに付加された前記カウント値との差分値を前記前段の収集データの受信時刻に加算し、これを一の収集データの受信時刻として設定するようになっていることを特徴としている。
【００１２】
この請求項３に係る発明では、複数回分の収集データを受信したときに、これを受信したときの受信時刻が、最も古い収集データに付与される。そして、その他の収集データについては、収集データに付加されているサンプリングカウンタのカウント値に基づいて前後の収集データのカウント値の差分値を順次加算することによって受信時刻が付与される。
したがって、複数回分の収集データをまとめて送信することが可能となるから、収集データの伝送効率が向上する。
【００１３】
また、請求項４に係るデータ処理システムは、前記同期信号発生手段は、前記複数のデータ収集装置の何れかに設けられていることを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、同期信号発生手段は、何れかのデータ収集装置に設けられているから、その分、データ処理システムの構成品数を削減することが可能となる。
【００１４】
また、請求項５に係るデータ処理システムは、前記同期信号発生手段を備えたデータ収集装置は、当該データ収集装置が前記同期信号を出力した時点から前記同期信号を入力するまでの所要時間が、前記データ収集のサンプリング周期に比較して十分短い場合には、前記同期信号を外部から入力せずに作成した同期信号をそのまま利用するようになっていることを特徴としている。
【００１５】
この請求項５に係る発明では、同期信号発生手段を備えたデータ収集装置においては、このデータ収集装置が同期信号を出力した時点からこの同期信号を入力するまでの所要時間が、データ収集のサンプリング周期に比較して十分短い場合、つまり、データ収集装置間で認識する同期信号が同一となる場合には、この同期信号発生手段を備えたデータ収集装置においては、同期信号を外部から入力せずに、そのまま内部で用いるようにしたから、同期信号を入力するための端子を設ける必要がない。
【００１６】
また、請求項６に係るデータ処理システムは、前記同期信号は、時間軸に対して一定の割合で増加し、且つ、予め設定した上限値に達したとき零にリセットされる三角波形を繰り返す信号であることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、時間軸に対して一定の割合で増加し、上限値に達したときに零にリセットされる三角波形を同期信号として用いるようにしたから、相関関数の算出を容易に行うことが可能となる。
【００１７】
また、請求項７に係るデータ処理システムは、前記補正手段は、一の収集データにおける同期信号と、前記一の収集データの次の収集タイミングで収集した収集データである後段の収集データにおける同期信号との差分値を、前記一の収集データにおける同期信号に加算して同期信号の差分値の積算値を算出し、当該積算値と前記受信時刻とに基づいて前記相関関数として一次関数を算出し、当該一次関数の傾き及び切片に基づいて前記同期信号の位相のずれ量を算出するようになっていることを特徴としている。
【００１８】
この請求項７に係る発明では、同期信号の差分値の積算値に基づいて相関関数として一次関数を算出し、この傾き及び切片に基づいて同期信号の位相のずれ量を算出するようにしたから、位相のずれ量を容易に検出することが可能となる。
さらに、請求項８に係るデータ処理システムは、前記補正手段は、前記同期信号にノイズが含まれると予測される場合には、前記各データ収集装置に対応する前記一次関数の傾きは同一であると仮定して前記一次関数を算出するようになっていることを特徴としている。
【００１９】
この請求項８に係る発明では、同期信号にノイズが含まれると予測される場合には、各データ収集装置に対応する相関関数の傾きは同一であると仮定して相関関数を算出するようにしたから、同期信号に含まれるノイズによる影響を低減することが可能となり、より的確に相関関数が検出されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用したデータ処理システムの一例を示す概略構成図である。
このデータ処理システムは、図１に示すように、制御機器等からのデータを所定のサンプリング周期で収集する複数のデータ収集装置Ｍ１〜Ｍｈと、これらデータ収集装置Ｍｎ（ｎ＝１〜ｈ）の収集データをもとに、比較解析等の所定の処理を行うデータ解析装置（データ処理装置）４と、前記データ収集装置Ｍｎそれぞれに同一の同期信号を供給する同期信号発生装置（同期信号発生手段）６とから構成されている。そして、前記データ収集装置Ｍｎ及びデータ解析装置４は、通信回線Ｌを介して接続されている。
【００２１】
各データ収集装置Ｍｎは、それぞれ、制御機器等からの収集すべき複数のデータを所定のサンプリング周期で収集する。そして、サンプリングした複数のデータからなるデータ列と、データ収集時における前記同期信号発生装置６からの同期信号と、サンプリングカウント値とを対応付け、これらをサンプリングを行う毎に、所定の記憶領域に形成したデータファイルＤＦに順に格納する。なお、前記サンプリングカウント値は、各データ収集装置Ｍｎで保持するクロック信号に同期してカウントアップされるカウント値であって、各データ収集装置Ｍｎでは、このサンプリングカウント値に基づいて、サンプリングタイミングを計時し、前記サンプリング周期に応じた所定のタイミングでサンプリングを行っている。
【００２２】
そして、各データ収集装置Ｍｎは、予め設定されたサンプリング周期分のデータ列を収集したとき、サンプリングカウント値の若いものから順に所定のサンプリング周期分のデータ列が格納されたデータファイルＤＦを通信回線Ｌを介してデータ解析装置４に送信する。
このデータ解析装置４では、データファイルＤＦを入力すると、入力した時点における時刻情報と、データファイルＤＦの各データ列に付与されているサンプリングカウント値とをもとに、各データ列毎に時刻情報を付与する。また、異なるデータ収集装置ＭｎからのデータファイルＤＦをもとに、各データ列に付与した時刻情報と予め付加されている同期信号とに基づき、これらデータ収集装置Ｍｎ間における同期信号のずれ量を検出し、このずれ量に基づいてデータ収集装置Ｍｎ間における、データの収集タイミングを同期化させるために、前記時刻情報の補正を行う。
【００２３】
そして、補正した時刻情報とデータ列とに基づいて各データ収集装置Ｍｎからの収集データを比較解析する等といった所定の処理を行う。
また、前記同期信号発生装置６は、例えば図２に示すように、時間変化に対して一定の比率で増加し、且つ予め設定した上限値に達したときに零にリセットされる、デジタル信号からなる三角波形の同期信号Ｓd を生成する。前記上限値ｓmax は、例えば１語長を１６ビットとした場合、１語長で送信可能なように、“６５５３６”以内の値に設定される。
【００２４】
次に、上記実施の形態の動作を説明する。
前記同期信号発生装置６は、前述の図２に示す同期信号Ｓd を生成し、これを予め設定したタイミングで各データ収集装置Ｍｎに送信する。前記同期信号Ｓd は、例えば、各データ収集装置Ｍｎにおけるサンプリング周期に応じて、且つ、後述の同期信号線ｆに基づいてデータの収集タイミングを同期化させるための時刻情報の補正を行うことの可能な周期で送信するようにすればよい。
【００２５】
各データ収集装置Ｍｎでは、図３のフローチャートに示すように、その接続先の制御機器等から入力される複数のデータを、サンプリングカウント値に同期してそれぞれ各データ収集装置Ｍｎ毎に設定されているサンプリング周期で読み込む（ステップＳ２）。そして、読み込んだ複数のデータからなるデータ列ＤＬと、その時点における同期信号発生装置６からの同期信号Ｓd の信号値と、サンプリングカウント値とを対応付け、これをデータファイルＤＦに格納する（ステップＳ４）。
【００２６】
この処理をサンプリング周期毎に繰り返し行い、サンプリング周期毎にデータ列と同期信号とサンプリングカウント値とを対応付けて順次データファイルＤＦに格納する。そして、予め設定された回数、例えば、データファイルＤＦに格納可能な情報量に応じた回数分のサンプリングを行ったならば（ステップＳ６）、ステップＳ８に移行し、所定回数分のデータ列が格納されたデータファイルＤＦを、データ解析装置４宛に送信する。そして、例えばデータ解析装置４等の上位装置から終了指示が行われたとき処理を終了する（ステップＳ１０）。
【００２７】
一方、データファイルＤＦを受信したデータ解析装置４では、図４のフローチャートに示すように、データファイルＤＦを受信すると、このデータファイルＤＦ内のデータ列に対し、時刻情報を付与するための処理を行う（ステップＳ１２）。具体的にはまず、データファイルＤＦの先頭に格納されたサンプリングタイミングの一番若いデータ列に対し、このデータ解析装置４内で保有する時刻情報に基づいて前記データファイルＤＦを受信した時点の時刻ｔinを時刻情報ｔとして付与する。そして、この時刻ｔinを付与した先頭のデータ列を除くこれ以降のデータ列には、各データ列に付加されたサンプリングカウント値とその前段に位置するデータ列に付加されたサンプリングカウント値との差分値Δｔを算出し、これを前段の時刻情報ｔに加算し、その加算結果をこのデータ列の時刻情報ｔとして付加する。
【００２８】
この処理を繰り返し行い、データ列毎に、前段の時刻情報ｔに、前段のサンプリングカウント値との差分値Δｔを加算し、データファイルＤＦ内の全てのデータ列に対し時刻情報ｔを付加する。
例えば、データ収集装置Ｍ１からのデータファイルＤＦに対し、上述の時刻情報の付与が行われた場合には、図５に示すように、サンプリング周期毎に、データ１−１〜データ１−ｍが読み込まれ、これらデータからなるデータ列ＤＬ毎に、時刻情報ｔと、同期信号Ｓd とが対応付けられることになる。図５の場合には、１番目のサンプリングタイミングで読み込んだデータ列ＤＬ1 はＤ1-1-1 〜Ｄ1-m-1 、その時点での同期信号はｓ1-1 、その時刻情報はｔ1-1 であって、この時刻情報ｔ1-1 は、このデータファイルＤＦを読み込んだ時点におけるデータ解析装置４の時刻情報を表す。２番目のサンプリングタイミングで読み込んだデータ列ＤＬ2 は、Ｄ1-1-2 〜Ｄ1-m-2 、その時点での同期信号はｓ1-2 、その時刻情報はｔ1-2 であって、この時刻情報ｔ1-2 は、その前段、つまり１番目のデータ列の時刻情報ｔ1-2 に、２番目のデータ列に付加されていたサンプリングカウント値とその前段つまり１番目のデータ列に付加されていたサンプリングカウント値との差分値Δｔを加算した値である。以後、同様に、サンプリングカウント値の若い順に、データ列ＤＬ3 〜ＤＬu についても設定される。
【００２９】
前記データ解析装置４では、このようにして、入力されたデータファイルＤＦに対し、時刻情報ｔを付与すると、次に、ステップＳ１４に移行し、例えばデータファイルＤＦ毎に、そのデータ列ＤＬに付加された時刻情報ｔ及び同期信号Ｓd に基づいて同期信号線ｆを検出する。
この同期信号線ｆの算出は、図６に示すように、例えばデータファイルＤＦ毎等の、所定のサンプリング数分のデータ列ＤＬに対応する時刻情報ｔと、同期信号Ｓd とに基づいて、各データ収集装置Ｍｎ毎に算出する。
【００３０】
具体的には、まず、例えば、データファイルＤＦの１番目のデータ列ＤＬ1 に該当する同期信号Ｓd 及び時刻情報ｔ、図５の場合には、ｓ1-1 及びｔ1-1 を基準とする。そして、２番目のデータ列ＤＬ2 に該当する同期信号ｓ1-2 とその前段、つまり１番目のデータ列に該当する同期信号ｓ1-1 との差分値Δ12を、１番目の同期信号ｓ1-1 に加算し、この加算結果ｓ1-1 ＋Δ12を、時刻情報ｔ1-2 に対応する同期補正信号ｓ1-2 ′とする。
【００３１】
同様に、３番目のデータ列ＤＬ3 に該当する同期信号ｓ1-3 とその前段の２番目のデータ列ＤＬ2 に該当する同期信号ｓ1-2 との差分値Δ23を、その前段の同期補正信号ｓ1-2 ′に加算し、この加算結果ｓ1-2 ′＋Δ23を、時刻情報ｔ1-3 に対応する同期補正信号ｓ1-3 ′とする。この処理を繰り返し行い、各データ列に対して同期補正信号を検出する。
【００３２】
ここで、同期信号発生装置６で発生する同期信号Ｓd は、図６に破線で示すように、ある一定の傾きを有する直線状に増加する信号であり、且つ、上限値ｓmax に達したとき零にリセットされる三角波である。前記同期信号Ｓd がその前段の同期信号Ｓd よりも増加している場合には、減算することにより差分値を得ることができるが、同期信号Ｓd がその前段の同期信号Ｓd よりも減少している場合には、同期信号Ｓd がリセットされたことを意味するから、その前段の同期信号Ｓd 及び既知の上限値ｓmax の差分値と今回の同期信号Ｓd とを加算して差分値を得るようにすればよい。
【００３３】
そして、このようにして同期信号Ｓd の差分値に基づいて、時刻情報と同期補正信号との対をデータファイルＤＦ内のデータ列について生成したならば、これら複数の対を通過する近似直線（相関関数）の傾き及び切片を、例えば、公知の最小二乗法を用いて算出する。そして、算出した近似直線を同期信号線ｆとする。
【００３４】
この処理を、データファイルＤＦ毎に行って、各データファイルＤＦ毎の同期信号線ｆを算出し、入力した全てのデータファイルＤＦについて同期信号線ｆを算出したら、これら同期信号線ｆのずれに基づいて、時刻情報ｔの補正を行う（ステップＳ１６）。
なお、前記ステップＳ１４及びＳ１６の処理が補正手段に対応している。
【００３５】
前記ステップＳ１６の処理における補正は次のように行う。
今、データ収集装置Ｍ１の同期信号線ｆ（１）、データ収集装置Ｍ２の同期信号線ｆ（２）、…、データ収集装置Ｍｈの同期信号線ｆ（ｈ）を次式（１）に示すように表わすものとする。
ｆ（１）＝ａ1 ・ｔ＋ｂ1
ｆ（２）＝ａ2 ・ｔ＋ｂ2
…
ｆ（ｈ）＝ａh ・ｔ＋ｂh ……（１）
ここで、各データ収集装置Ｍｎに入力される同期信号Ｓd は同期信号発生装置６で生成した同一の同期信号Ｓd であるから、各データ収集装置Ｍｎにおける同期信号線ｆは、本来一致するはずである。よって、例えば図７に示すように、各データ収集装置Ｍｎの同期信号線ｆが一致しない場合、この同期信号線ｆ間のずれは、同期信号Ｓd に対する各データ収集装置Ｍｎにおけるサンプリングタイミングの誤差やデータサンプリングを開始した瞬間のずれに起因するものである。
【００３６】
したがって、各データ収集装置Ｍｎがデータ列ＤＬを収集するタイミング、つまり、各データ収集装置Ｍｎが動作する時間軸を相対的に一致させるためには、各同期信号線ｆを一致させればよい。これは、例えばデータ収集装置Ｍ１の同期信号信号ｆ（１）を基準として、これにデータ収集装置Ｍ２の同期信号線ｆ（２）を一致させることによって、データ収集装置Ｍ１を基準として、データ収集装置Ｍ２の時間軸を補正することができる。なお、ここでは、データ収集装置Ｍ１の同期信号線ｆ（１）を基準とした場合について説明しているが、これに限らず、何れの同期信号線ｆを基準としてもよい。
【００３７】
つまり、同期信号線ｆ（１）及び同期信号線ｆ（２）は前記（１）式のように表されるから、データ収集装置Ｍ２の時刻情報ｔから（ｂ１−ｂ２）／ａ２を減算し、これにａ２／ａ１を乗算すればよいことになる。
この処理を、データ収集装置Ｍ１に該当する同期信号線ｆ（１）を基準として、全ての同期信号線ｆ（２）〜ｆ（ｈ）について行うことによって、全てのデータ収集装置Ｍｎ間における時間軸を一致させることができる。
【００３８】
したがって、このようにして補正した時刻情報ｔに基づいて、各データ列ＤＬを表示或いは比較解析を行う等の処理を行うことによって、各データ収集装置Ｍｎからのデータ列ＤＬを、同一の時間軸上のデータ列ＤＬとして取り扱うことができる。
なお、リアルタイムでデータ列ＤＬを表示するような場合には、前記ステップＳ１２の処理が終了した時点で、データファイルＤＦの先頭のデータ列ＤＬに付与した時刻情報ｔ及び差分値Δｔに基づいて設定した時刻情報に基づいて、データ列ＤＬをリアルタイムで時系列に表示し、比較解析等高精度に行う場合には、ステップＳ１６の処理が終了した後、同期信号線ｆに基づいて補正した時刻情報に基づいて解析を行うようにしてもよい。
【００３９】
このように、複数のデータ収集装置Ｍｎで収集したデータ列であっても、同一の時間軸上で取り扱うことができ、つまり、これらデータ列を同期化することができるから、前記複数のデータ収集装置Ｍｎが同期していない場合であっても、データ列を同期化することができる。よって、複数のデータ収集装置Ｍｎを用いてデータ収集を同期化して行うことができるから、高速且つ多量のデータ収集を行う場合であっても容易且つ高精度にデータ収集を行うことができる。
【００４０】
また、前記同期信号線ｆに基づいて時刻情報を補正することによって、データ列ＤＬの同期化の精度を、同期信号発生装置６が発生する同期信号Ｓd のサンプリング時間に依存させることができる。したがって、例えば、サンプリング周期が１［msec] 程度の高速汎用シーケンサを用いれば、１［msec] 程度の精度で同期化を行うことができる。また、アナログによる同期信号を用いることによって、さらに高精度にデータ列の同期化を図ることができる。
【００４１】
また、このとき、各データ収集装置Ｍｎとデータ解析装置４との間での伝送にばらつきがあったとしても、時刻情報ｔを補正することによって、このばらつきは除去されるから、データ列ＤＬを確実に同期化することができる。
また、同期信号Ｓd として時間変化に対して一定の割合で増加する三角波を用い、最小二乗法を用いて直線に近似するようにしているため、簡単なアルゴリズムで容易に近似を行うことができ、近似による同期信号線ｆ算出に要する処理負荷及び処理時間を低減することができる。
【００４２】
また、同期信号Ｓd として三角波に限らず、例えば、ＳＩＮ波或いはＣＯＳ波を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、同期信号Ｓd をデジタル信号で送信する場合には、ＳＩＮ波或いはＣＯＳ波を作りにくい。しかしながら、上記実施の形態においては、同期信号Ｓd として三角波を用いているから、アナログ信号及びデジタル信号の何れの場合にも容易に生成することができる。
【００４３】
また、同期信号Ｓd としてパルスを用いることも考えられるが、パルスはノイズに弱く、また、１パルス分以上ずれると同期化を行うことができない。しかしながら、上記実施の形態においては三角波を用いているから、的確且つ高精度に同期化を行うことができる。
また、上記実施の形態においては、同期信号Ｓd は、上限値ｓmax に達したら零にリセットするようにしている。したがって、同期信号Ｓd が上限値ｓmax から零にリセットされた場合に差分値を算出する場合であっても、差分値の演算を容易に行うことができ、その分、処理時間、処理負荷の低減を図ることができる。
【００４４】
よって、高速且つ大量にデータ収集を行う場合であっても速やかに且つ処理負荷が増大することなく、データ列ＤＬの同期化を図ることができ、データ列ＤＬ間の時間軸を一致させるための同期化処理を行うことに伴うシステム全体の処理性能の低下を低減することができる。
また、上記実施の形態においては、各データ収集装置Ｍｎでは、複数のデータ列ＤＬをデータファイルＤＦに格納し、このデータファイルＤＦ単位で送信することによって複数のデータ列ＤＬを複数まとめて送信するようにしているから、データ解析装置４へのデータの伝送効率を向上させることができ、データ収集装置Ｍｎのサンプリング周期を短縮することができる。
【００４５】
また、このとき、データファイルＤＦの先頭のデータ列ＤＬにのみ時刻情報を付与し、残りのデータ列ＤＬについては、この先頭のデータ列ＤＬに付加した時刻情報を基準とし、前後のデータ列ＤＬのサンプリングカウント値の差分値を加算することによって、時刻情報を設定するようにしたから、データ列ＤＬへの時刻情報の付加に係る所要時間を短縮することができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態においては、同期信号発生装置６を設け、この同期信号発生装置６において、同期信号Ｓd を生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図８に示すように、複数のデータ収集装置Ｍｎのうちの何れか（図８の場合にはデータ収集装置Ｍ１）において、同期信号Ｓd を発生させるようにしてもよい。このようにすることによって同期信号発生装置６を設ける必要がないから、その分システム全体の構成品数の削減を図ることができる。
【００４７】
また、このとき、同期信号Ｓd を発生するデータ収集装置Ｍｎにおいて、同期信号Ｓd を生成しこれを出力した時点から、このデータ収集装置Ｍｎに同期信号Ｓd が入力される時点までに要する時間が、データ収集のサンプリング周期に対して充分小さい場合には、図９に示すように、同期信号Ｓd を作成したデータ収集装置Ｍｎに対しては同期信号Ｓd を入力せずに、このデータ収集装置Ｍｎ内部で作成した同期信号Ｓd をそのまま用いるようにしてもよい。これは、データ収集のサンプリング周期に対し、同期信号Ｓd を送信してから入力するまでに要する時間が小さくない場合には、同期信号Ｓd を作成したデータ収集装置で認識している同期信号Ｓd と、他のデータ収集装置で認識している同期信号Ｓd とが異なってしまう場合があるためである。
【００４８】
このようにすることによって、同期信号Ｓd を作成したデータ収集装置Ｍｎにおいては、同期信号Ｓd を外部から入力する必要がないから、同期信号入力用の端子を設ける必要がなく、端子数を削減することができる。
また、上記実施の形態においては、同期信号Ｓd としてデジタル信号を用いた場合について説明したが、これに限らずアナログ信号を用いることもできる。
【００４９】
アナログ信号を用いる場合のように、同期信号Ｓd 自体にノイズの混入があると予測される場合には、前記図４のステップＳ１４の処理で、各同期信号線ｆの傾きを、次式（２）に示すように、全てａに設定して近似直線を算出してこれを同期信号線ｆとし、以後、上記と同様に、例えば同期信号線ｆ（１）を基準として、他の同期信号線ｆ（２）〜ｆ（ｎ）をｆ（１）と一致させるようにしてもよい。
【００５０】
ｆ（１）＝ａ・ｔ＋ｂ1
ｆ（２）＝ａ・ｔ＋ｂ2
…
ｆ（ｎ）＝ａ・ｔ＋ｂn ……（２）
つまり、例えばデータ収集装置Ｍ２の収集データの時刻情報ｔに対し、（ｂ２−ｂ１）／ａ２の減算のみを行い、ａ２／ａ１の乗算を行わないことで、同期信号Ｓd に含まれるノイズ分による影響を低減することができ、データ収集装置Ｍ１とＭ２の収集データの時間軸を一致させることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態においては、データ列ＤＬをデータファイルＤＦに格納し、データ解析装置４に複数のデータ列をまとめて送信するようにした場合について説明したが、これに限らず、データ列ＤＬ単位で送信するようにしてもよい。この場合には、データ解析装置４では、データ列ＤＬを受信する毎に、その時点における時刻情報を付与するようにすればよい。しかしながら、多量のデータ列を送信する場合には、まとめて送信したほうが、伝送効率の点からも効果的である。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、各データ収集装置Ｍｎにおいては、一度のサンプリングにおいて複数のデータを収集するようにした場合について説明したが、これに限らず、１つのデータを収集するような場合であっても適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る収集データの同期化方法によれば、各データ収集装置に同一の同期信号を供給するようにし、データ収集装置においてデータ収集時にデータと共に収集した同期信号と、データ処理装置における収集データの受信時刻とに基づいて、各データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、この位相のずれがなくなるように受信時刻を補正するようにしたから、複数のデータ収集装置間でのデータの収集タイミングを同期化することができる。
【００５４】
また、請求項２に係るデータ処理システムによれば、同期信号発生手段によって各データ収集装置に同一の同期信号を供給し、データ収集装置においてデータ収集時にデータと共に収集した同期信号と、データ処理装置における収集データの受信時刻とに基づいて、各データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、この位相のずれがなくなるように補正手段によって受信時刻の補正を行うようにしたから、複数のデータ収集装置間でのデータの収集タイミングを同期化することができる。
【００５５】
このとき、補正手段では、同一のデータ収集装置からの複数の収集データを受信した受信時刻と、これら収集データに付加された同期信号との関係を表す相関関数をデータ収集装置毎に検出し、この相関関数のずれ量を検出するようにしたから、同期信号の位相のずれ量を容易に検出することができる。
【００５６】
また、請求項３に係るデータ処理システムによれば、データ収集装置から複数回分の収集データをまとめてデータ処理装置に送信するようにしたから、収集データの伝送効率を向上させることができる。
また、請求項４に係るデータ処理システムによれば、同期信号発生手段を、複数のデータ収集装置の何れかに設けるようにしたから、データ処理システム全体の構成品の削減を図ることができる。
【００５７】
また、請求項５に係るデータ処理システムによれば、同期信号発生手段を備えたデータ収集装置への同期信号の外部からの入力を行わないようにしたから、その分、入力端子の削減を図ることができる。
また、請求項６に係るデータ処理システムによれば、時間軸に対して一定の割合で増加し、且つ、予め設定した上限値に達したとき零にリセットされる三角波形を繰り返す信号を、同期信号とするようにしたから、相関関数の算出を容易に行うことができる。
【００５８】
また、請求項７に係るデータ処理システムによれば、同期信号の差分値の積算値と受信時刻とに基づいて相関関数として一次関数を検出し、一次関数、つまり、直線の傾き及び切片に基づいて同期信号の位相のずれ量を算出するようにしたから、位相のずれ量を容易に検出することができ、このずれ量に基づいて時刻情報の補正を容易に行うことができる。
【００５９】
さらに、請求項８に係るデータ処理システムによれば、同期信号にノイズが含まれると予測される場合には、各データ収集装置に対応する相関関数の傾きは同一であると仮定して相関関数を算出するようにしたから、同期信号に含まれるノイズによる影響を低減することができ、相関関数を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したデータ処理システムの一例を示す構成図である。
【図２】同期信号Ｓd の一例を示す波形図である。
【図３】データ収集装置Ｍｎにおけるデータ収集時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】データ解析装置４における収集データ入力時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】データファイルＤＦ内のデータ列に、時刻情報及び同期信号の対応付けを行った場合の一例を示す説明図である。
【図６】同期信号線ｆの一例である。
【図７】本発明の動作説明に供する同期信号線ｆの一例である。
【図８】本発明のその他の例を示す、データ処理システムの構成図である。
【図９】本発明のその他の例を示す、データ処理システムの構成図である。
【符号の説明】
４ データ解析装置
６ 同期信号発生装置
Ｍ１〜Ｍｈ データ収集装置
Ｌ 通信回線
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のデータ収集装置で収集した収集データを同期化させるための、収集データの同期化方法及びこれを用いたデータ処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば複数の制御機器等から複数のデータを収集し、これら複数の収集データに対して比較解析を行うようなシステムにおいては、一台のデータ収集装置においてデータ収集を行うようにしている。
これは、複数のデータ収集装置でデータを収集するようにした場合、各データ収集装置間での同期をとるのが難しく、また、各データ収集装置と、このデータ収集装置からの収集データに基づいて処理を行うデータ解析装置との間の伝送時間にバラツキがあるためである。つまり、収集データ間には、収集タイミングが異なることによるずれと、データ解析装置に入力されるまでの伝送のばらつきによるずれとが加わることになり、データ解析装置で、各データ収集装置からの収集データを同一時間軸上のデータとして取り扱った場合には、これら収集データに誤差が含まれることと、同等となるためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、一台のデータ収集装置によってデータ収集を行う場合、高速のサンプリング周期でデータ収集を行うには、収集するデータ点数に制約がある。そのため、高速に且つ大量のデータを収集する場合でも、これらデータを高精度に同一時間上で表すことの可能な収集データの同期化方法が望まれていた。
【０００４】
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、高速に且つ大量のデータを収集する場合でもこれらデータを高精度に同一時間上で表すことの可能な、収集データの同期化方法及びこれを用いたデータ処理システムを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る収集データの同期化方法は、データ収集を行う複数のデータ収集装置と、当該複数のデータ収集装置からの収集データを入力された順に時系列に管理するデータ処理装置と、前記複数のデータ収集装置に同一の同期信号を供給する同期信号発生手段と、を備えたデータ処理システムにおける収集データの同期化方法であって、前記データ収集装置は、データ収集時に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し当該同期信号を収集データに付加して前記データ処理装置に送信し、前記データ処理装置は、前記収集データを受信したときの受信時刻及び前記収集データに付加された同期信号に基づいて受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数を前記データ収集装置毎に検出し、検出した相関関数に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、当該ずれ量に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相ずれがなくなるように前記受信時刻を補正することを特徴としている。
【０００６】
この請求項１に係る発明では、各データ収集装置では、データ収集時に所定のデータと共に同期信号発生手段から供給される同期信号も収集し、この同期信号を収集データに付加してデータ処理装置に送信する。
一方、データ処理装置では、収集データを受信したときの受信時刻と収集データに付加されている同期信号とに基づいて、受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数を前記データ収集装置毎に検出し、この検出した相関関数に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出する。そして、このずれ量に基づいて、データ収集装置間の位相ずれがなくなるように、何れかのデータ収集装置を基準として、他のデータ収集装置からの収集データの受信時刻を補正する。
【０００７】
前記同期信号は同期信号発生手段から各データ収集装置に供給されているから、本来位相のずれが生じることはない。したがって、この位相のずれがなくなるように受信時刻を補正することによって、データ収集装置間でのデータの収集タイミングが同期化されることになる。
また、本発明の請求項２に係るデータ処理システムは、データ収集を行う複数のデータ収集装置と、当該複数のデータ収集装置からの収集データを入力された順に時系列に管理するデータ処理装置と、前記複数のデータ収集装置に同一の同期信号を供給する同期信号発生手段と、を備えたデータ処理システムであって、前記データ収集装置は、データ収集時に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し当該同期信号を収集データに付加して前記データ処理装置に送信し、前記データ処理装置は、前記収集データを受信したときの受信時刻及び前記収集データに付加された同期信号に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、当該ずれ量に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相ずれがなくなるように前記受信時刻を補正する補正手段、を備え、当該補正手段は、同一のデータ収集装置からの複数の収集データの受信時刻及びこれに付加された同期信号に基づいて、受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数をデータ収集装置毎に検出し、検出した相関関数に基づいて、前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出することを特徴としている。
【０００８】
この請求項２に係る発明では、各データ収集装置では、データ収集時に所定のデータを収集すると共に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し、この同期信号を収集データに付加してデータ処理装置に送信する。
一方、データ処理装置では、収集データを受信したときの受信時刻と収集データに付加されている同期信号とに基づいて、データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、この位相ずれがなくなるように、何れかのデータ収集装置を基準として、他のデータ収集装置からの収集データの受信時刻を補正する。
【０００９】
前記同期信号は同期信号発生手段から各データ収集装置に供給されているから、本来位相のずれが生じることはない。したがって、この位相のずれがなくなるように受信時刻を補正することによって、データ収集装置間でのデータの収集タイミングが同期化されることになる。
【００１０】
このとき、位相のずれ量を検出する補正手段では、同一のデータ収集装置からの複数の収集データを受信した受信時刻と、これら収集データに付加された同期信号とに基づいて、受信時刻と同期信号との関係を表す相関関数がデータ収集装置毎に検出される。本来この相関関数は一致するはずであるから、この相関関数のずれ量を検出することはすなわち、同期信号の位相のずれ量を検出することになる。
【００１１】
また、請求項３に係るデータ処理システムは、前記データ収集装置は、データ収集時に、データの収集タイミングを計時するためのサンプリングカウンタのカウント値も収集し且つ、複数回分の収集データをまとめてデータ処理装置に送信し、前記データ処理装置は、前記複数回分の収集データを受信したとき、収集タイミングの最も古い収集データに、前記複数回分の収集データを受信したときの受信時刻を付与し、その他の収集データには、収集タイミングの古い順に、一の収集データに付加された前記カウント値と前記一の収集データの１つ前の収集タイミングで収集した収集データである前段の収集データに付加された前記カウント値との差分値を前記前段の収集データの受信時刻に加算し、これを一の収集データの受信時刻として設定するようになっていることを特徴としている。
【００１２】
この請求項３に係る発明では、複数回分の収集データを受信したときに、これを受信したときの受信時刻が、最も古い収集データに付与される。そして、その他の収集データについては、収集データに付加されているサンプリングカウンタのカウント値に基づいて前後の収集データのカウント値の差分値を順次加算することによって受信時刻が付与される。
したがって、複数回分の収集データをまとめて送信することが可能となるから、収集データの伝送効率が向上する。
【００１３】
また、請求項４に係るデータ処理システムは、前記同期信号発生手段は、前記複数のデータ収集装置の何れかに設けられていることを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、同期信号発生手段は、何れかのデータ収集装置に設けられているから、その分、データ処理システムの構成品数を削減することが可能となる。
【００１４】
また、請求項５に係るデータ処理システムは、前記同期信号発生手段を備えたデータ収集装置は、当該データ収集装置が前記同期信号を出力した時点から前記同期信号を入力するまでの所要時間が、前記データ収集のサンプリング周期に比較して十分短い場合には、前記同期信号を外部から入力せずに作成した同期信号をそのまま利用するようになっていることを特徴としている。
【００１５】
この請求項５に係る発明では、同期信号発生手段を備えたデータ収集装置においては、このデータ収集装置が同期信号を出力した時点からこの同期信号を入力するまでの所要時間が、データ収集のサンプリング周期に比較して十分短い場合、つまり、データ収集装置間で認識する同期信号が同一となる場合には、この同期信号発生手段を備えたデータ収集装置においては、同期信号を外部から入力せずに、そのまま内部で用いるようにしたから、同期信号を入力するための端子を設ける必要がない。
【００１６】
また、請求項６に係るデータ処理システムは、前記同期信号は、時間軸に対して一定の割合で増加し、且つ、予め設定した上限値に達したとき零にリセットされる三角波形を繰り返す信号であることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、時間軸に対して一定の割合で増加し、上限値に達したときに零にリセットされる三角波形を同期信号として用いるようにしたから、相関関数の算出を容易に行うことが可能となる。
【００１７】
また、請求項７に係るデータ処理システムは、前記補正手段は、一の収集データにおける同期信号と、前記一の収集データの次の収集タイミングで収集した収集データである後段の収集データにおける同期信号との差分値を、前記一の収集データにおける同期信号に加算して同期信号の差分値の積算値を算出し、当該積算値と前記受信時刻とに基づいて前記相関関数として一次関数を算出し、当該一次関数の傾き及び切片に基づいて前記同期信号の位相のずれ量を算出するようになっていることを特徴としている。
【００１８】
この請求項７に係る発明では、同期信号の差分値の積算値に基づいて相関関数として一次関数を算出し、この傾き及び切片に基づいて同期信号の位相のずれ量を算出するようにしたから、位相のずれ量を容易に検出することが可能となる。
さらに、請求項８に係るデータ処理システムは、前記補正手段は、前記同期信号にノイズが含まれると予測される場合には、前記各データ収集装置に対応する前記一次関数の傾きは同一であると仮定して前記一次関数を算出するようになっていることを特徴としている。
【００１９】
この請求項８に係る発明では、同期信号にノイズが含まれると予測される場合には、各データ収集装置に対応する相関関数の傾きは同一であると仮定して相関関数を算出するようにしたから、同期信号に含まれるノイズによる影響を低減することが可能となり、より的確に相関関数が検出されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用したデータ処理システムの一例を示す概略構成図である。
このデータ処理システムは、図１に示すように、制御機器等からのデータを所定のサンプリング周期で収集する複数のデータ収集装置Ｍ１〜Ｍｈと、これらデータ収集装置Ｍｎ（ｎ＝１〜ｈ）の収集データをもとに、比較解析等の所定の処理を行うデータ解析装置（データ処理装置）４と、前記データ収集装置Ｍｎそれぞれに同一の同期信号を供給する同期信号発生装置（同期信号発生手段）６とから構成されている。そして、前記データ収集装置Ｍｎ及びデータ解析装置４は、通信回線Ｌを介して接続されている。
【００２１】
各データ収集装置Ｍｎは、それぞれ、制御機器等からの収集すべき複数のデータを所定のサンプリング周期で収集する。そして、サンプリングした複数のデータからなるデータ列と、データ収集時における前記同期信号発生装置６からの同期信号と、サンプリングカウント値とを対応付け、これらをサンプリングを行う毎に、所定の記憶領域に形成したデータファイルＤＦに順に格納する。なお、前記サンプリングカウント値は、各データ収集装置Ｍｎで保持するクロック信号に同期してカウントアップされるカウント値であって、各データ収集装置Ｍｎでは、このサンプリングカウント値に基づいて、サンプリングタイミングを計時し、前記サンプリング周期に応じた所定のタイミングでサンプリングを行っている。
【００２２】
そして、各データ収集装置Ｍｎは、予め設定されたサンプリング周期分のデータ列を収集したとき、サンプリングカウント値の若いものから順に所定のサンプリング周期分のデータ列が格納されたデータファイルＤＦを通信回線Ｌを介してデータ解析装置４に送信する。
このデータ解析装置４では、データファイルＤＦを入力すると、入力した時点における時刻情報と、データファイルＤＦの各データ列に付与されているサンプリングカウント値とをもとに、各データ列毎に時刻情報を付与する。また、異なるデータ収集装置ＭｎからのデータファイルＤＦをもとに、各データ列に付与した時刻情報と予め付加されている同期信号とに基づき、これらデータ収集装置Ｍｎ間における同期信号のずれ量を検出し、このずれ量に基づいてデータ収集装置Ｍｎ間における、データの収集タイミングを同期化させるために、前記時刻情報の補正を行う。
【００２３】
そして、補正した時刻情報とデータ列とに基づいて各データ収集装置Ｍｎからの収集データを比較解析する等といった所定の処理を行う。
また、前記同期信号発生装置６は、例えば図２に示すように、時間変化に対して一定の比率で増加し、且つ予め設定した上限値に達したときに零にリセットされる、デジタル信号からなる三角波形の同期信号Ｓd を生成する。前記上限値ｓmax は、例えば１語長を１６ビットとした場合、１語長で送信可能なように、“６５５３６”以内の値に設定される。
【００２４】
次に、上記実施の形態の動作を説明する。
前記同期信号発生装置６は、前述の図２に示す同期信号Ｓd を生成し、これを予め設定したタイミングで各データ収集装置Ｍｎに送信する。前記同期信号Ｓd は、例えば、各データ収集装置Ｍｎにおけるサンプリング周期に応じて、且つ、後述の同期信号線ｆに基づいてデータの収集タイミングを同期化させるための時刻情報の補正を行うことの可能な周期で送信するようにすればよい。
【００２５】
各データ収集装置Ｍｎでは、図３のフローチャートに示すように、その接続先の制御機器等から入力される複数のデータを、サンプリングカウント値に同期してそれぞれ各データ収集装置Ｍｎ毎に設定されているサンプリング周期で読み込む（ステップＳ２）。そして、読み込んだ複数のデータからなるデータ列ＤＬと、その時点における同期信号発生装置６からの同期信号Ｓd の信号値と、サンプリングカウント値とを対応付け、これをデータファイルＤＦに格納する（ステップＳ４）。
【００２６】
この処理をサンプリング周期毎に繰り返し行い、サンプリング周期毎にデータ列と同期信号とサンプリングカウント値とを対応付けて順次データファイルＤＦに格納する。そして、予め設定された回数、例えば、データファイルＤＦに格納可能な情報量に応じた回数分のサンプリングを行ったならば（ステップＳ６）、ステップＳ８に移行し、所定回数分のデータ列が格納されたデータファイルＤＦを、データ解析装置４宛に送信する。そして、例えばデータ解析装置４等の上位装置から終了指示が行われたとき処理を終了する（ステップＳ１０）。
【００２７】
一方、データファイルＤＦを受信したデータ解析装置４では、図４のフローチャートに示すように、データファイルＤＦを受信すると、このデータファイルＤＦ内のデータ列に対し、時刻情報を付与するための処理を行う（ステップＳ１２）。具体的にはまず、データファイルＤＦの先頭に格納されたサンプリングタイミングの一番若いデータ列に対し、このデータ解析装置４内で保有する時刻情報に基づいて前記データファイルＤＦを受信した時点の時刻ｔinを時刻情報ｔとして付与する。そして、この時刻ｔinを付与した先頭のデータ列を除くこれ以降のデータ列には、各データ列に付加されたサンプリングカウント値とその前段に位置するデータ列に付加されたサンプリングカウント値との差分値Δｔを算出し、これを前段の時刻情報ｔに加算し、その加算結果をこのデータ列の時刻情報ｔとして付加する。
【００２８】
この処理を繰り返し行い、データ列毎に、前段の時刻情報ｔに、前段のサンプリングカウント値との差分値Δｔを加算し、データファイルＤＦ内の全てのデータ列に対し時刻情報ｔを付加する。
例えば、データ収集装置Ｍ１からのデータファイルＤＦに対し、上述の時刻情報の付与が行われた場合には、図５に示すように、サンプリング周期毎に、データ１−１〜データ１−ｍが読み込まれ、これらデータからなるデータ列ＤＬ毎に、時刻情報ｔと、同期信号Ｓd とが対応付けられることになる。図５の場合には、１番目のサンプリングタイミングで読み込んだデータ列ＤＬ1 はＤ1-1-1 〜Ｄ1-m-1 、その時点での同期信号はｓ1-1 、その時刻情報はｔ1-1 であって、この時刻情報ｔ1-1 は、このデータファイルＤＦを読み込んだ時点におけるデータ解析装置４の時刻情報を表す。２番目のサンプリングタイミングで読み込んだデータ列ＤＬ2 は、Ｄ1-1-2 〜Ｄ1-m-2 、その時点での同期信号はｓ1-2 、その時刻情報はｔ1-2 であって、この時刻情報ｔ1-2 は、その前段、つまり１番目のデータ列の時刻情報ｔ1-2 に、２番目のデータ列に付加されていたサンプリングカウント値とその前段つまり１番目のデータ列に付加されていたサンプリングカウント値との差分値Δｔを加算した値である。以後、同様に、サンプリングカウント値の若い順に、データ列ＤＬ3 〜ＤＬu についても設定される。
【００２９】
前記データ解析装置４では、このようにして、入力されたデータファイルＤＦに対し、時刻情報ｔを付与すると、次に、ステップＳ１４に移行し、例えばデータファイルＤＦ毎に、そのデータ列ＤＬに付加された時刻情報ｔ及び同期信号Ｓd に基づいて同期信号線ｆを検出する。
この同期信号線ｆの算出は、図６に示すように、例えばデータファイルＤＦ毎等の、所定のサンプリング数分のデータ列ＤＬに対応する時刻情報ｔと、同期信号Ｓd とに基づいて、各データ収集装置Ｍｎ毎に算出する。
【００３０】
具体的には、まず、例えば、データファイルＤＦの１番目のデータ列ＤＬ1 に該当する同期信号Ｓd 及び時刻情報ｔ、図５の場合には、ｓ1-1 及びｔ1-1 を基準とする。そして、２番目のデータ列ＤＬ2 に該当する同期信号ｓ1-2 とその前段、つまり１番目のデータ列に該当する同期信号ｓ1-1 との差分値Δ12を、１番目の同期信号ｓ1-1 に加算し、この加算結果ｓ1-1 ＋Δ12を、時刻情報ｔ1-2 に対応する同期補正信号ｓ1-2 ′とする。
【００３１】
同様に、３番目のデータ列ＤＬ3 に該当する同期信号ｓ1-3 とその前段の２番目のデータ列ＤＬ2 に該当する同期信号ｓ1-2 との差分値Δ23を、その前段の同期補正信号ｓ1-2 ′に加算し、この加算結果ｓ1-2 ′＋Δ23を、時刻情報ｔ1-3 に対応する同期補正信号ｓ1-3 ′とする。この処理を繰り返し行い、各データ列に対して同期補正信号を検出する。
【００３２】
ここで、同期信号発生装置６で発生する同期信号Ｓd は、図６に破線で示すように、ある一定の傾きを有する直線状に増加する信号であり、且つ、上限値ｓmax に達したとき零にリセットされる三角波である。前記同期信号Ｓd がその前段の同期信号Ｓd よりも増加している場合には、減算することにより差分値を得ることができるが、同期信号Ｓd がその前段の同期信号Ｓd よりも減少している場合には、同期信号Ｓd がリセットされたことを意味するから、その前段の同期信号Ｓd 及び既知の上限値ｓmax の差分値と今回の同期信号Ｓd とを加算して差分値を得るようにすればよい。
【００３３】
そして、このようにして同期信号Ｓd の差分値に基づいて、時刻情報と同期補正信号との対をデータファイルＤＦ内のデータ列について生成したならば、これら複数の対を通過する近似直線（相関関数）の傾き及び切片を、例えば、公知の最小二乗法を用いて算出する。そして、算出した近似直線を同期信号線ｆとする。
【００３４】
この処理を、データファイルＤＦ毎に行って、各データファイルＤＦ毎の同期信号線ｆを算出し、入力した全てのデータファイルＤＦについて同期信号線ｆを算出したら、これら同期信号線ｆのずれに基づいて、時刻情報ｔの補正を行う（ステップＳ１６）。
なお、前記ステップＳ１４及びＳ１６の処理が補正手段に対応している。
【００３５】
前記ステップＳ１６の処理における補正は次のように行う。
今、データ収集装置Ｍ１の同期信号線ｆ（１）、データ収集装置Ｍ２の同期信号線ｆ（２）、…、データ収集装置Ｍｈの同期信号線ｆ（ｈ）を次式（１）に示すように表わすものとする。
ｆ（１）＝ａ1 ・ｔ＋ｂ1
ｆ（２）＝ａ2 ・ｔ＋ｂ2
…
ｆ（ｈ）＝ａh ・ｔ＋ｂh ……（１）
ここで、各データ収集装置Ｍｎに入力される同期信号Ｓd は同期信号発生装置６で生成した同一の同期信号Ｓd であるから、各データ収集装置Ｍｎにおける同期信号線ｆは、本来一致するはずである。よって、例えば図７に示すように、各データ収集装置Ｍｎの同期信号線ｆが一致しない場合、この同期信号線ｆ間のずれは、同期信号Ｓd に対する各データ収集装置Ｍｎにおけるサンプリングタイミングの誤差やデータサンプリングを開始した瞬間のずれに起因するものである。
【００３６】
したがって、各データ収集装置Ｍｎがデータ列ＤＬを収集するタイミング、つまり、各データ収集装置Ｍｎが動作する時間軸を相対的に一致させるためには、各同期信号線ｆを一致させればよい。これは、例えばデータ収集装置Ｍ１の同期信号信号ｆ（１）を基準として、これにデータ収集装置Ｍ２の同期信号線ｆ（２）を一致させることによって、データ収集装置Ｍ１を基準として、データ収集装置Ｍ２の時間軸を補正することができる。なお、ここでは、データ収集装置Ｍ１の同期信号線ｆ（１）を基準とした場合について説明しているが、これに限らず、何れの同期信号線ｆを基準としてもよい。
【００３７】
つまり、同期信号線ｆ（１）及び同期信号線ｆ（２）は前記（１）式のように表されるから、データ収集装置Ｍ２の時刻情報ｔから（ｂ１−ｂ２）／ａ２を減算し、これにａ２／ａ１を乗算すればよいことになる。
この処理を、データ収集装置Ｍ１に該当する同期信号線ｆ（１）を基準として、全ての同期信号線ｆ（２）〜ｆ（ｈ）について行うことによって、全てのデータ収集装置Ｍｎ間における時間軸を一致させることができる。
【００３８】
したがって、このようにして補正した時刻情報ｔに基づいて、各データ列ＤＬを表示或いは比較解析を行う等の処理を行うことによって、各データ収集装置Ｍｎからのデータ列ＤＬを、同一の時間軸上のデータ列ＤＬとして取り扱うことができる。
なお、リアルタイムでデータ列ＤＬを表示するような場合には、前記ステップＳ１２の処理が終了した時点で、データファイルＤＦの先頭のデータ列ＤＬに付与した時刻情報ｔ及び差分値Δｔに基づいて設定した時刻情報に基づいて、データ列ＤＬをリアルタイムで時系列に表示し、比較解析等高精度に行う場合には、ステップＳ１６の処理が終了した後、同期信号線ｆに基づいて補正した時刻情報に基づいて解析を行うようにしてもよい。
【００３９】
このように、複数のデータ収集装置Ｍｎで収集したデータ列であっても、同一の時間軸上で取り扱うことができ、つまり、これらデータ列を同期化することができるから、前記複数のデータ収集装置Ｍｎが同期していない場合であっても、データ列を同期化することができる。よって、複数のデータ収集装置Ｍｎを用いてデータ収集を同期化して行うことができるから、高速且つ多量のデータ収集を行う場合であっても容易且つ高精度にデータ収集を行うことができる。
【００４０】
また、前記同期信号線ｆに基づいて時刻情報を補正することによって、データ列ＤＬの同期化の精度を、同期信号発生装置６が発生する同期信号Ｓd のサンプリング時間に依存させることができる。したがって、例えば、サンプリング周期が１［msec] 程度の高速汎用シーケンサを用いれば、１［msec] 程度の精度で同期化を行うことができる。また、アナログによる同期信号を用いることによって、さらに高精度にデータ列の同期化を図ることができる。
【００４１】
また、このとき、各データ収集装置Ｍｎとデータ解析装置４との間での伝送にばらつきがあったとしても、時刻情報ｔを補正することによって、このばらつきは除去されるから、データ列ＤＬを確実に同期化することができる。
また、同期信号Ｓd として時間変化に対して一定の割合で増加する三角波を用い、最小二乗法を用いて直線に近似するようにしているため、簡単なアルゴリズムで容易に近似を行うことができ、近似による同期信号線ｆ算出に要する処理負荷及び処理時間を低減することができる。
【００４２】
また、同期信号Ｓd として三角波に限らず、例えば、ＳＩＮ波或いはＣＯＳ波を用いることも考えられる。しかしながら、この場合、同期信号Ｓd をデジタル信号で送信する場合には、ＳＩＮ波或いはＣＯＳ波を作りにくい。しかしながら、上記実施の形態においては、同期信号Ｓd として三角波を用いているから、アナログ信号及びデジタル信号の何れの場合にも容易に生成することができる。
【００４３】
また、同期信号Ｓd としてパルスを用いることも考えられるが、パルスはノイズに弱く、また、１パルス分以上ずれると同期化を行うことができない。しかしながら、上記実施の形態においては三角波を用いているから、的確且つ高精度に同期化を行うことができる。
また、上記実施の形態においては、同期信号Ｓd は、上限値ｓmax に達したら零にリセットするようにしている。したがって、同期信号Ｓd が上限値ｓmax から零にリセットされた場合に差分値を算出する場合であっても、差分値の演算を容易に行うことができ、その分、処理時間、処理負荷の低減を図ることができる。
【００４４】
よって、高速且つ大量にデータ収集を行う場合であっても速やかに且つ処理負荷が増大することなく、データ列ＤＬの同期化を図ることができ、データ列ＤＬ間の時間軸を一致させるための同期化処理を行うことに伴うシステム全体の処理性能の低下を低減することができる。
また、上記実施の形態においては、各データ収集装置Ｍｎでは、複数のデータ列ＤＬをデータファイルＤＦに格納し、このデータファイルＤＦ単位で送信することによって複数のデータ列ＤＬを複数まとめて送信するようにしているから、データ解析装置４へのデータの伝送効率を向上させることができ、データ収集装置Ｍｎのサンプリング周期を短縮することができる。
【００４５】
また、このとき、データファイルＤＦの先頭のデータ列ＤＬにのみ時刻情報を付与し、残りのデータ列ＤＬについては、この先頭のデータ列ＤＬに付加した時刻情報を基準とし、前後のデータ列ＤＬのサンプリングカウント値の差分値を加算することによって、時刻情報を設定するようにしたから、データ列ＤＬへの時刻情報の付加に係る所要時間を短縮することができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態においては、同期信号発生装置６を設け、この同期信号発生装置６において、同期信号Ｓd を生成するようにした場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図８に示すように、複数のデータ収集装置Ｍｎのうちの何れか（図８の場合にはデータ収集装置Ｍ１）において、同期信号Ｓd を発生させるようにしてもよい。このようにすることによって同期信号発生装置６を設ける必要がないから、その分システム全体の構成品数の削減を図ることができる。
【００４７】
また、このとき、同期信号Ｓd を発生するデータ収集装置Ｍｎにおいて、同期信号Ｓd を生成しこれを出力した時点から、このデータ収集装置Ｍｎに同期信号Ｓd が入力される時点までに要する時間が、データ収集のサンプリング周期に対して充分小さい場合には、図９に示すように、同期信号Ｓd を作成したデータ収集装置Ｍｎに対しては同期信号Ｓd を入力せずに、このデータ収集装置Ｍｎ内部で作成した同期信号Ｓd をそのまま用いるようにしてもよい。これは、データ収集のサンプリング周期に対し、同期信号Ｓd を送信してから入力するまでに要する時間が小さくない場合には、同期信号Ｓd を作成したデータ収集装置で認識している同期信号Ｓd と、他のデータ収集装置で認識している同期信号Ｓd とが異なってしまう場合があるためである。
【００４８】
このようにすることによって、同期信号Ｓd を作成したデータ収集装置Ｍｎにおいては、同期信号Ｓd を外部から入力する必要がないから、同期信号入力用の端子を設ける必要がなく、端子数を削減することができる。
また、上記実施の形態においては、同期信号Ｓd としてデジタル信号を用いた場合について説明したが、これに限らずアナログ信号を用いることもできる。
【００４９】
アナログ信号を用いる場合のように、同期信号Ｓd 自体にノイズの混入があると予測される場合には、前記図４のステップＳ１４の処理で、各同期信号線ｆの傾きを、次式（２）に示すように、全てａに設定して近似直線を算出してこれを同期信号線ｆとし、以後、上記と同様に、例えば同期信号線ｆ（１）を基準として、他の同期信号線ｆ（２）〜ｆ（ｎ）をｆ（１）と一致させるようにしてもよい。
【００５０】
ｆ（１）＝ａ・ｔ＋ｂ1
ｆ（２）＝ａ・ｔ＋ｂ2
…
ｆ（ｎ）＝ａ・ｔ＋ｂn ……（２）
つまり、例えばデータ収集装置Ｍ２の収集データの時刻情報ｔに対し、（ｂ２−ｂ１）／ａ２の減算のみを行い、ａ２／ａ１の乗算を行わないことで、同期信号Ｓd に含まれるノイズ分による影響を低減することができ、データ収集装置Ｍ１とＭ２の収集データの時間軸を一致させることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態においては、データ列ＤＬをデータファイルＤＦに格納し、データ解析装置４に複数のデータ列をまとめて送信するようにした場合について説明したが、これに限らず、データ列ＤＬ単位で送信するようにしてもよい。この場合には、データ解析装置４では、データ列ＤＬを受信する毎に、その時点における時刻情報を付与するようにすればよい。しかしながら、多量のデータ列を送信する場合には、まとめて送信したほうが、伝送効率の点からも効果的である。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、各データ収集装置Ｍｎにおいては、一度のサンプリングにおいて複数のデータを収集するようにした場合について説明したが、これに限らず、１つのデータを収集するような場合であっても適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る収集データの同期化方法によれば、各データ収集装置に同一の同期信号を供給するようにし、データ収集装置においてデータ収集時にデータと共に収集した同期信号と、データ処理装置における収集データの受信時刻とに基づいて、各データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、この位相のずれがなくなるように受信時刻を補正するようにしたから、複数のデータ収集装置間でのデータの収集タイミングを同期化することができる。
【００５４】
また、請求項２に係るデータ処理システムによれば、同期信号発生手段によって各データ収集装置に同一の同期信号を供給し、データ収集装置においてデータ収集時にデータと共に収集した同期信号と、データ処理装置における収集データの受信時刻とに基づいて、各データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、この位相のずれがなくなるように補正手段によって受信時刻の補正を行うようにしたから、複数のデータ収集装置間でのデータの収集タイミングを同期化することができる。
【００５５】
このとき、補正手段では、同一のデータ収集装置からの複数の収集データを受信した受信時刻と、これら収集データに付加された同期信号との関係を表す相関関数をデータ収集装置毎に検出し、この相関関数のずれ量を検出するようにしたから、同期信号の位相のずれ量を容易に検出することができる。
【００５６】
また、請求項３に係るデータ処理システムによれば、データ収集装置から複数回分の収集データをまとめてデータ処理装置に送信するようにしたから、収集データの伝送効率を向上させることができる。
また、請求項４に係るデータ処理システムによれば、同期信号発生手段を、複数のデータ収集装置の何れかに設けるようにしたから、データ処理システム全体の構成品の削減を図ることができる。
【００５７】
また、請求項５に係るデータ処理システムによれば、同期信号発生手段を備えたデータ収集装置への同期信号の外部からの入力を行わないようにしたから、その分、入力端子の削減を図ることができる。
また、請求項６に係るデータ処理システムによれば、時間軸に対して一定の割合で増加し、且つ、予め設定した上限値に達したとき零にリセットされる三角波形を繰り返す信号を、同期信号とするようにしたから、相関関数の算出を容易に行うことができる。
【００５８】
また、請求項７に係るデータ処理システムによれば、同期信号の差分値の積算値と受信時刻とに基づいて相関関数として一次関数を検出し、一次関数、つまり、直線の傾き及び切片に基づいて同期信号の位相のずれ量を算出するようにしたから、位相のずれ量を容易に検出することができ、このずれ量に基づいて時刻情報の補正を容易に行うことができる。
【００５９】
さらに、請求項８に係るデータ処理システムによれば、同期信号にノイズが含まれると予測される場合には、各データ収集装置に対応する相関関数の傾きは同一であると仮定して相関関数を算出するようにしたから、同期信号に含まれるノイズによる影響を低減することができ、相関関数を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したデータ処理システムの一例を示す構成図である。
【図２】同期信号Ｓd の一例を示す波形図である。
【図３】データ収集装置Ｍｎにおけるデータ収集時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】データ解析装置４における収集データ入力時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】データファイルＤＦ内のデータ列に、時刻情報及び同期信号の対応付けを行った場合の一例を示す説明図である。
【図６】同期信号線ｆの一例である。
【図７】本発明の動作説明に供する同期信号線ｆの一例である。
【図８】本発明のその他の例を示す、データ処理システムの構成図である。
【図９】本発明のその他の例を示す、データ処理システムの構成図である。
【符号の説明】
４ データ解析装置
６ 同期信号発生装置
Ｍ１〜Ｍｈ データ収集装置
Ｌ 通信回線
Claims (8)
- データ収集を行う複数のデータ収集装置と、当該複数のデータ収集装置からの収集データを入力された順に時系列に管理するデータ処理装置と、前記複数のデータ収集装置に同一の同期信号を供給する同期信号発生手段と、を備えたデータ処理システムにおける収集データの同期化方法であって、
前記データ収集装置は、データ収集時に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し当該同期信号を収集データに付加して前記データ処理装置に送信し、
前記データ処理装置は、前記収集データを受信したときの受信時刻及び前記収集データに付加された同期信号に基づいて受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数を前記データ収集装置毎に検出し、検出した相関関数に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、
当該ずれ量に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相ずれがなくなるように前記受信時刻を補正することを特徴とする収集データの同期化方法。 - データ収集を行う複数のデータ収集装置と、
当該複数のデータ収集装置からの収集データを入力された順に時系列に管理するデータ処理装置と、
前記複数のデータ収集装置に同一の同期信号を供給する同期信号発生手段と、を備えたデータ処理システムであって、
前記データ収集装置は、データ収集時に前記同期信号発生手段からの同期信号も収集し当該同期信号を収集データに付加して前記データ処理装置に送信し、
前記データ処理装置は、前記収集データを受信したときの受信時刻及び前記収集データに付加された同期信号に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出し、当該ずれ量に基づいて前記データ収集装置間の同期信号の位相ずれがなくなるように前記受信時刻を補正する補正手段、を備え、
当該補正手段は、同一のデータ収集装置からの複数の収集データの受信時刻及びこれに付加された同期信号に基づいて、受信時刻と同期信号との対応を表す相関関数をデータ収集装置毎に検出し、検出した相関関数に基づいて、前記データ収集装置間の同期信号の位相のずれ量を検出することを特徴とするデータ処理システム。 - 前記データ収集装置は、データ収集時に、データの収集タイミングを計時するためのサンプリングカウンタのカウント値も収集し且つ、複数回分の収集データをまとめてデータ処理装置に送信し、
前記データ処理装置は、前記複数回分の収集データを受信したとき、収集タイミングの最も古い収集データに、前記複数回分の収集データを受信したときの受信時刻を付与し、その他の収集データには、収集タイミングの古い順に、一の収集データに付加された前記カウント値と前記一の収集データの１つ前の収集タイミングで収集した収集データである前段の収集データに付加された前記カウント値との差分値を前記前段の収集データの受信時刻に加算し、これを一の収集データの受信時刻として設定するようになっていることを特徴とする請求項２記載のデータ処理システム。 - 前記同期信号発生手段は、前記複数のデータ収集装置の何れかに設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のデータ処理システム。
- 前記同期信号発生手段を備えたデータ収集装置は、当該データ収集装置が前記同期信号を出力した時点から前記同期信号を入力するまでの所要時間が、前記データ収集のサンプリング周期に比較して十分短い場合には、前記同期信号を外部から入力せずに作成した同期信号をそのまま利用するようになっていることを特徴とする請求項４記載のデータ処理システム。
- 前記同期信号は、時間軸に対して一定の割合で増加し、且つ、予め設定した上限値に達したとき零にリセットされる三角波形を繰り返す信号であることを特徴とする請求項２から請求項５の何れか１項に記載のデータ処理システム。
- 前記補正手段は、一の収集データにおける同期信号と、前記一の収集データの次の収集タイミングで収集した収集データである後段の収集データにおける同期信号との差分値を、前記一の収集データにおける同期信号に加算して同期信号の差分値の積算値を算出し、当該積算値と前記受信時刻とに基づいて前記相関関数として一次関数を算出し、
当該一次関数の傾き及び切片に基づいて前記同期信号の位相のずれ量を算出するようになっていることを特徴とする請求項６記載のデータ処理システム。 - 前記補正手段は、前記同期信号にノイズが含まれると予測される場合には、前記各データ収集装置に対応する前記一次関数の傾きは同一であると仮定して前記一次関数を算出するようになっていることを特徴とする請求項７記載のデータ処理システム。
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